White Paper Funktionsweise von Netzfiltern www.schurter.com/downloads Ableitstrme im richtigen Blickwinkel Kompromiss zwischen bester Filterwirkung und minimalem Ableit- strom Netzfilter werden oft als Blackbox betrachtet und die Anwender kmmern sich zu Recht nicht um das Innenleben eines EMV Filters. Fr den effizienten und effektiven Einsatz von Filtern ist es jedoch hilfreich, einige Hintergrundinformationen zu kennen. Im Brennpunkt dieses Artikels stehen Ableitstrme und was es in diesem Zusammenhang zu beachten gibt. satoren zum Einsatz. L L I CYL Strquelle C X N N I CYN C C YL YN I C Ableit Y PE PE Abbildung : Ableitung von asymme - C Y trischen strungen Diese Y-Kondensatoren liegen je zwischen I Ableit Phase/ Neutralleiter und Schutzleiter und leiten die asymmetrischen Strungen von der Phase und des Neutralleiters ber den Schutzleiter gegen Erde ab. Dadurch entstehen sogenannte Ableitstrme (Abbildung1). Je grsser die Kon- Abbildung 2: Pfad des Ableitstromes bei Allg EMEINE AsPEkt E dER EMV densatoren, desto besser ist die Dmpfung des unterbrochenem schutzleiter uNd PRINZIPIEll E FuNkt Io Nsw EIsE Filters und entsprechend hher sind auch die Vo N FIlt ERN Ableitstrme. Andererseits beeintrchtigen im Gebudenetz Elektrische Einrichtungen mssen die Eigen- allfllig vorgeschaltete Fehlerstromschutzschal- schaft besitzen, in ihrer elektromagnetischen ter den zuverlssigen Betrieb eines Gertes gRENZwERt E ERMgl Ic HEN EINEN Umgebung zufrieden stellend zu funktionieren infolge zu hoher Ableitstrme. Diese sog. Feh- sIc HEREN BEt RIEB (Immunitt), ohne dass sie diese Umgebung lerstromschutzschalter detektieren Strme die Zum Ableitstrom des Filters tragen parasitre unzulssig beeinflussen (Emission). Man spricht ber den Schutzleiter abfliessen und schalten Koppelkapazitten einer nlage oder eines Ge- in diesem Fall von elektromagnetischer Vertrg- die Versorgungsspannung beim berschreiten rtes sowie lange Leitungslngen zustzlich lichkeit. Wir unterscheiden zwischen feldge- eines bestimmten Schwellwertes ab. Aus die- zum Ableitstrom bei. Dies fhrt zu einer Summe bundenen und leitungsgebundenen Strungen. sem Grund gibt es fr Ableitstrme Grenzwerte, von Strmen die durch den Schutzleiter fliesst. Bei den leitungsgebundenen Strungen gibt es die einen zuverlssigen Betrieb ermglichen und Diese Ableitstrme knnen ein Sicherheitsrisiko symmetrische und asymmetrische Strungen dafr sorgen, dass auch bei defektem Schutz- darstellen. Je hher die Impedanz des Schutz- (auch Gegentakt- bzw. Gleichtaktstrungen leiter keine Personen zu schaden kommen. leiters ist, desto grsser ist das Sicherheitsrisiko genannt). Symmetrische Strungen fliessen fr Benutzer. Berhrt nmlich eine Person ein zwischen Phase und Neutralleiter, asymme- ANFo RdERuNgEN AN PRodukt ENt- Gert mit unterbrochenem Schutzleiter, fliesst trische Strungen zwischen Phase/Neutralleiter der Ableitstrom infolge der Unterbrechung ber wIckl ER und Schutzleiter. Verursacher von solchen St- die Person gegen Erde ab (Abbildung 2). Gerte- und Anlagenbauer mssen sicherstel- rungen sind Schaltnetzteile, Frequenzumrichter, len, dass ihre Produkte den Anforderungen be- Prozessoren, Schaltvorgnge in elektronischen treffend Ableitstrom und elektromagnetischer oder elektrischen Einrichtungen, Motorensteu- Vertrglichkeit gerecht werden. Hier besteht ein erungen, usw. Zielkonflikt. Im Normalfall ist es jedoch so, dass Symmetrischen Strungen werden mit XKon- beide Rahmenbedingungen ohne spezielle densatoren reduziert. Fr die Dmpfung von Massnahmen eingehalten werden knnen. Es asymmetrischen Strungen kommen fr die ist wichtig zu verstehen, dass man sich bei die- tiefen Strfrequenzen stromkompensierte Dros- sem Thema in einem Spannungsfeld befindet, seln, fr die hheren Strfrequenzen Y-Konden- EMV Produkte White Paper Funktionsweise von Netzfiltern www.schurter.com/downloads da eine gute Filterwirkung zwingend hhere Ab- L I leitstrme hervorruft. CY1 C X PRo Bl EME BEI dER sPEZIFIkAt Io N 120 120 Vo N FIlt ERABl EItst R MEN C YL Filterhersteller spezifizieren die Ableitstrme C ihrer Filter in den Datenblttern. Die Filternorm YN I CY3 120 IEC 60939 legt allerdings nicht fest, wie diese I CY2 PE Spezifikation zu erfolgen hat. Dies fhrt nun dazu, dass die unterschiedlichen Filterherstel- Abbildung 4: Vereinfachtes Ersatzschalt- I ler den Ableitstrom nicht zwingend nach der- Ableit bild fr die Bestimmung des maximalen selben Methode bestimmen. Somit sind auch Ableitstromes die in den Datenblttern gemachten Angaben der unterschiedlichen Hersteller nicht direkt Der Ableitstrom lsst sich nun einfach berech- vergleichbar. Auf der anderen Seite legen die nen: Abbildung 6: Ermittlung des resultierenden Gertenormen z. B. IEC 60950 fr Broge- Ableitstromes bei 3-Phasen Filtern rte, 60601-1 fr Medizinische Gerte oder die IEC 0335-1 fr Haushaltgerte im Detail fest, kl Ass IFIZIERuNg Vo N ABl EItst R - welche Grenzwerte einzuhalten sind und nach MEN welchen Verfahren gemessen werden muss. Gerte- und Anlagebauer stehen nun vor dem Um den verschiedenen Anforderungen betref- fend Ableitstrom Rechnung zu tragen, klassifi- Problem, dass sie r die Einhaltung ihrer gel- Den grssten zu erwarteten Ableistrom erhlt zieren Filterhersteller ihre Produkte. Dabei gibt tenden Norm Komponenten verschiedener man bei einer Netzspannungstoleranz von es Filter fr Standardanwendungen, Medizi- Hersteller evaluieren mssen, deren Angaben +10% und Kondensatortoleranzen +20% so- nalanwendungen, Industrieanwendungen, usw. betreffend Ableitstrom nur mit Vorbehalten ver- wie bei einer Netzfrequenz von 60Hz. glichen werden knnen. Gerade im medizinischen Bereich gelten betref- fend Ableitstrmen erhhte Anforderungen, da Fr die Bestimmung des Ableitstromes werden ABl EItst Ro M BEI 3-PHAsENFIlt ERN Patienten in den direkten Kontakt mit Gerten Berechnungsmodelle herangezogen. Diese Ein idealer 3-Phasenfilter htte unter der Vo- kommen knnen. In diesem Bereich werden Modelle beruhen auf idealisierten Bedingungen. raussetzung einer symmetrischen und linearen noch kleinere und in vielen Fllen sogar keine So werden die Toleranzen der Kapazitten und Belastung keine Ableitstrme auch bei grossen der Netzspannung bercksichtigt. Auf der an- Y-Kondensatoren eingesetzt, damit die Grenz- asymmetrischen Strungen. Abbildung 5 zeigt werte eingehalten werden knnen. So spricht deren Seite werden die parasitren Effekte den Ausschnitt der Y Kondensatoren in einem SCHURTER zum Beispiel von M5-Filtern mit vernachlssigt. Allerdings fhren die im idea- 3-Phasenfilter. einem Ableitstrom von maximal 5A (keine Y- lisierten Modell gemachten Vereinfachungen Kondensatoren) oder von M80-Filter mit einem zu vernachlssigbaren Fehlern, verglichen zu L L den doch relativ grossen Toleranzen, die in die 1 1 Ableitstrom von maximal 80A. I CY1 Es gibt jedoch keine Norm, die vorschreibt, wel- Berechnung einfliessen. So werden z. B. die L L 2 2 che Klassen es gibt, wie diese heissen und wel- Kondensatoren mit +/-20% Toleranz der Kapa- Netz I Last CY2 L L che Grenzwerte jeweils gelten. Trotzdem helfen zitt spezifiziert. Die Erfahrung zeigt, dass die 3 3 I CY3 diese Einteilungen dem Anwender, schnell das Kapazitten in der Realitt viel kleineren Tole- C C C Y1 Y2 Y3 ranzen unterliegen. Bei der Bestimmung der fr seine Anwendung passende Produkt zu fin- PE PE den. Ableitstrme muss zwischen 1- und 3 Phasen- I Ableit filtern unterschieden werden. Abbildung 5: Y-kondensatoren in einem 3- Luzern, November 2007 Phasen Filter ABl EItst Ro M BEI -PHAsENFIlt ERN Bei den 1-Phasenfiltern muss fr die Bestim- In der Realitt ist ein 3-Phasenfilter aus fol- mung des Ableitstromes der schlimmste Fall genden Grnden immer unsymmetrisch bela- angenommen werden. Dieser tritt dann auf, stet: wenn der Neutralleiter unterbrochen ist. Aus Toleranzen der Y-Kondensatoren diesem Grund darf das Schaltbild des Filters Unsymmetrien im Versorgungsnetz (Abbildung 3) durch ein vereinfachtes Ersatz- Unsymmetrische Last schaltbild (Abbildung 4) dargestellt werden. Unsymmetrien innerhalb des Filters infolge nicht idealer Anordnung der Komponenten. L L Bei 3-Phasefiltern werden die Ableitstrme der C X einzelnen Phasen vektoriell zu einem resultie- N N rend Ableitstrom addiert (Abbildung 6). Christoph Buob C C YN YL Produktmanager Gertestecker und EMV SCHURTER AG PE PE Werkhofstrasse 8-12, 6002 Luzern Abbildung 3: kondensatornetzwerk eines Tel. ++41+41 369 34 51 -Phasen Filters Fax. ++41+41 369 32 65 christoph.buob schurter.ch www.schurter.com EMV Produkte 2